Выбор металла и диаметров труб поверхностей нагрева

Основными материалами для поверхностей нагрева паровых котлов слу жат качест­венные углеродистые, а также легированные стати (легирование — введение в основной метатл добавки другого для улучшения его свойств). Большинство легирующих элемен­тов относится к дорогим материалам, что заметно удорожает стать, однако их введение повышает жаропрочность стати и стойкость против высокотемпературной газовой корро­зии. Температурный диапазон применения той или другой марки стати зависит от качест­ва стати, коррозионных свойств газовой среды, в которой работает стать (свойств сжигае­мого топлива), давления рабочей среды в трубах и др. [6].

Углеродистая (нелегированная) стать применяется для изготовления элементов котла, работающих при температурах не выше 450 °С. Низколегированная стать перлит­ного класса содержит не более 4-5 % легирующих метатлов. Эти стати устойчивы против

Ползучести при температуре металла до 580 °С. Высоколегированные стали аустенитного класса содержат от 10 до 30 % легирующих металлов. При этом изменяется структура стали (однородный твердый раствор углерода и металлов), она после механической обра­ботки (сварки, гибки) требует специального высокотемпературного режима выдержки для снятия вну тренних напряжений. Аустенитные стали применяют до температу ры 650 °С. Некоторые характерные марки сталей и области их применения приведены в табл. 2.1. Определение расчетной максимальной температу ры металла в поверхностях нагрева, рас­положенных в зоне высоких тепловых потоков (топочные экраны при СКД, пароперегре­ватели) производят на основе норм расчета элементов котла на прочность [2]. В данном конструктивном тепловом расчете рекомендуется ограничиться оценкой максимальной температуры для этих поверхностей, приведенной в табл. 2.1. Экранные поверхности ба­рабанных котлов ВД выполняют из труб относительно большого диаметра (см. табл. 2.2), т. к. дальнейшее уменьшение внутреннего диаметра ведет к заметному росту гидравличе­ского сопротивления, что снижает надежность естественной цирку ляции. Поверхности пароперегревателя в пределах топки как правило располагают на потолке ее, где более низкие тепловые напряжения. На ряде новых типов барабанных котлов (паропроизводи — тельностью 500-670 т/ч при давлении пара 13,8 МПа) использованы горизонтальные и вертикальные радиационные панели пароперегревателя ВД поверх настенных экранов в верхней половине топки. В эти панели поступает пар низкой температуры, близкой к на­сыщению.

Таблица 2.1

Марки сталей и области их применения в паровых котлах

Экранные поверхности прямоточных котлов выполняют трубами меньшего наруж­ного диаметра (табл. 2.2), что уменьшает расход метатла на единицу площади экрана (1 м ) в 1,3-1,4 раза. Стремятся все экранные панели выполнить из труб одного диаметра. Это облегчает монтаж котла и обеспечивает по мере роста энтатьпии рабочей среды изме­нение проходного сечения рабочих панелей за счет числа параллельно включенных труб (или числа параллельных потоков). На прямоточных котлах старых выпусков (до 1960 г.) применятось ступенчатое увеличение диаметра труб по мере перехода от движения воды и пароводяной смеси в НРЧ к движению пара в ВРЧ. Разделение топочных экранов на не­сколько последовательных частей (секций) по ходу рабочей среды с перемешиванием ее уменьшает разверку температу р и обеспечивает стабильность гидродинамических харак­теристик.

Топочные экраны на современных котлах выполняют газоплотными. Для этого ис­пользуют либо специальные птавниковые трубы, либо сваривают экранные трубы метал­лическими полосами (проставками) той же толщины, что и стенка трубы. В верхней части топки, где делается вывод за ее пределы всех труб экранов, а также змеевиков паро­перегревателей через потолок горизонтального газохода, выполняется потолочный уплот — нительный короб (шатер) с наддувом от дутьевого вентилятора.

В горизонтальном газоходе находятся поверхности пароперегревателя, выполнен­ные, как правило, из змеевиков коридорного типа (ширмовые, ленточные, обычные змее — виковые) с несколько увеличенным поперечным шагом v > 3.5с/ для исключения шлако­вания при высоких температу рах газов (твердые топлива) и усиления теплообмена за счет излучения развитых межтрубных газовых объемов. В конвективной шахте применяют бо­лее плотные шахматные пу чки труб.

Таблица 2.2

Конструктивные характеристики труб поверхностей нагрева котлов

При выполнении поверхностей котла используются трубы определенного наружно­го диаметра указанного в табл. 2.2. Толщина стенки определяется расчетом прочности, ее округляют до значения 0,5 мм в указанном диапазоне, при этом большая толщина стенки соответствует большему ее диаметру.

Широкое распространение имеет выполнение мембранных поверхностей нагрева за счет вварки между трубами проставок разной ширины. Увеличение ширины проставки до значения порядка 3.5с/ повышает интенсивность теплообмена, однако в области высоких температур газової! среды приходится уменьшать ширину проставок, чтобы ее макси­мальная температура (в середине между трубами) не превышата допустимой по условиям коррозии. В области относительно низких температу р газов (Яг < 700 °С), где снижается общая интенсивность теплообмена (экономайзер), усиливают теплообмен с газовой сто­роны путем приварки к мембранной конструкции змеевика еще поперечных ребер (мем — бранно-лепестковые конвективные поверхности). Такие поверхности проходят сейчас длительное опробование.

Наименьший диаметр труб, рекомендованный к использованию в энергетических паровых и водогрейных котлах, ограничен 28 мм. Датьнейшее уменьшение диаметра свя­зано со значительным ростом внутреннего гидравлического сопротивления, увеличением при этом числа парашіельно включенных труб для обеспечения заданного расхода среды, числа изгибов и сварных стыков, что приводит к подорожанию производства и снижению надежности работы поверхности.